LeccionesAprendidasDe los participantes de Natural Gas STAR

REEMPLAZO DE DESHIDRATADORES DE GLICOL CON DESHIDRATADORES DESECANTES(Replacing Glycol Dehydrators with Desiccant Dehydrators)Resumen gerencialExisten aproximadamente 30,000 pozos de gas natural de alta presión en tierra que producen 4 billones de pies cúbicos(Tcf) anualmente en los Estados Unidos. Cerca de 700 de estos pozos tienen deshidratadores convencionales de glicol, los cuales se calcula que emiten a la atmósfera mil millones de pies cúbicos (Bcf) de metano al año. Los deshidratadores de glicol ventilan metano, compuestos orgánicos volátiles (VOC) y contaminantes peligrosos del aire (HAP) a la atmósfera del regenerador de glicol y también fugan gas natural de los dispositivos neumáticos de control. Este proceso desperdiciagas, cuesta dinero y contribuye a agravar los problemas locales de calidad de aire así como al cambio climático mundial.

Los participantes de Natural Gas STAR han descubierto que reemplazar los deshidratadores de glicol con deshidratadores desecantes reduce las emisiones de metano, los compuestos orgánicos volátiles y los contaminantes peligrosos del aire en un 99 por ciento y también reduce los costos de operación y mantenimiento. En un deshidratador desecante, el gashúmedo pasa a través de una cama de secado de tabletas desecantes. Las tabletas extraen la humedad del gas y se disuelven gradualmente durante el proceso. Ya que la unidad está completamente cerrada, las emisiones de gas ocurren solamente cuando se abre la cámara, como cuando se añaden tabletas desecantes.

Análisis económicos demuestran que el reemplazar un deshidratador de glicol que procesa 1 millón de pies cúbicos al día (MMcfd) de gas con un deshidratador desecante puede ahorrar hasta $4,403 al año en gas combustible, gas ventilado y costos de operación y mantenimiento (O&M) y reduce las emisiones de metano en 564 mil pies cúbicos (Mcf) al año. Este estudio de Lecciones Aprendidas describe cómo los participantes pueden identificar las áreas en donde los deshidrata-dores desecantes pueden incorporarse y determinar los beneficios económicos y para el medio ambiente.

Esta publicación es una de la serie de resúmenes de Lecciones Aprendidas preparados por EPA en colaboración con la industria de gas natural que comprenden las aplicaciones superiores del Programa de Mejores Prácticas Administrativas (BMP, por sus siglas en inglés) de Natural Gas STAR y Oportunidades Identificadas por los Participantes (PRO, por sus siglas en inglés).

Método parareducir la

pérdida de gas1

Reemplazo de undeshidratador de

glicol con undeshidratador

desecante1 Se basa en un deshidratador MMcfd que opera a 450 psig y 47°F.2 La diferencia entre el metano ventilado de los deshidratadores de glicol y los desecantes.3 Es la suma de las emisiones netas de gas y los ahorros de gas combustible.4 Se basa en un precio de gas de $3 por Mcf.5 El costo del deshidratador desecador instalado menos el valor excedente del equipo del deshidratador de glicol reemplazado.6 La diferencia entre los costos de operación y mantenimiento de los deshidratadores de glicol y los desecantes.

Ahorros anualesde emisiones demetano (Mcf)2

564

Ahorros anualesde gas (Mcf)3

1,063

Valor del ahorro de gas ($)4

3,189

Costo de capital e

instalación ($)5

12,750

Costo de operación y

mantenimiento ($)6

(1,214)

Plazo de recuperación de

la inversión (años)

2.9

2

El gas natural producido normalmente está saturado de agua. Si no se le extrae, elagua puede condensarse y congelarse en las tuberías recolectoras, de transmisión y distribución causando taponeado, variaciones de presión y corrosión. Para evitaresos problemas, el gas producido usualmente se envía a través de un deshidratadoren donde entra en contacto con un agente desaguador como el trietilenglicol (TEG), dietilenglicol (DEG) o carbonato de propileno. En el proceso más común, la deshidratación del glicol, el trietilenglicol absorbe el agua del gas junto con elmetano, los componentes orgánicos volátiles y los contaminantes peligrosos delaire. Los hidrocarburos y el agua absorbidos después se hierven en un rehervidor o regenerador y se ventilan a la atmósfera. (Vea las Lecciones Aprendidas de EPA:Optimización de la circulación de glicol e instalación de depósitos separadores delíquido de los deshidratadores de glicol (Optimize Glycol Circulation and Install FlashTank Separators in Glycol Dehydrators))

Los participantes de Natural Gas STAR han reportado tener éxito al usar un método alternativo para el secado del gas: los deshidratadores desecantes. Esos des-hidratadores usan sales absorbentes de humedad para eliminar el agua del gas sin emitir cantidades grandes de metano, componentes orgánicos volátiles o contaminantes peligrosos del aire.

DesecantesLas sales delicuescentes como el calcio, el potasio y los cloruros de litio, se hanusado en las industrias del gas y el petróleo para deshidratar productos de petróleodurante más de 70 años. Estas sales atraen y absorben naturalmente la humedad(higroscópicas), disolviéndose gradualmente hasta formar una solución de agua salada. La cantidad de humedad que puede extraerse del gas de hidrocarburodepende del tipo de desecante así como de la temperatura y la presión del gas. El cloruro de calcio, el desecante más común y económico, puede lograr con-tenidos de humedad de calidad en las tuberías a temperaturas por debajo de 59°F y presiones por encima de 250 psig. El cloruro de litio, que es más caro, tiene unagama más amplia de operación: hasta 70°F y por encima de 100 psig. El ApéndiceA ofrece contenidos equilibrados de humedad de gas natural deshidratado mediante sales de calcio y cloruro de litio disponibles comercialmente.

Descripción del procesoEl deshidratador desecante es un dispositivo muy sencillo; no tiene partes móviles y no necesita un suministro de energía externo, por lo tanto, es ideal para las zonas remotas.

Como se muestra en el Cuadro 1, el gas natural húmedo entra a la parte inferior de la cámara deshidratadora, debajo de la rejilla de apoyo del desecante. La rejilla deapoyo y la antecama de bola cerámica evitan que las tabletas desecantes caigan en elcolector de agua salada (área de recolección). El gas mojado fluye hacia arriba a travésde la cama de secado. Cuando el gas entra en contacto con la superficie de las tabletas, las sales desecadoras extraen el vapor de agua del gas (hidratado). Conformeel desecante continúa extrayendo el vapor de agua del gas, comienzan a formarsegotas de agua salada y a caer a través de la cama de secado hacia el colector derecolección de agua salada (área de recolección) en la parte inferior de la cámara. Este proceso de formación de agua salada disuelve gradualmente el desecante.

El agua salada recolectada en el área de recolección puede drenarse periódicamentea un tanque de almacenamiento de agua salada (o agua producida) o (en donde

Antecedentestecnológicos

3

se permite) a un estanque de evaporación. El agua y la sal producidas puedeninyectarse en un pozo profundo cerca del lugar, o recogerse periódicamente para desecharse lejos del sitio.

Con una cama de secado de suficiente profundidad, el gas llega a un contenidoequilibrado de humedad con el desecado antes de que éste llegue a la parte superior de la cama de secado. A la sal excesiva, encima de la profundidad mínimanecesaria para lograr el contenido equilibrado de humedad, se le llama “cama de salde servicio”. Este inventario de servicio se rellena con regularidad. Para evitar detenerla producción de gas o desviar el gas mojado a una tubería de venta cuando se rellena el deshidratador desecante, la mayoría de las instalaciones usan cuando menosdos cámaras: uno en servicio de secado mientras que el otro se rellena de sal.

Requisitos de operaciónPara proteger sus tuberías, los productores secan el gas a un punto de condensa-ción por debajo de la temperatura mínima que se espera en la tubería. Si no se seca correctamente el gas, el agua y los otros líquidos libres pueden precipitarse al enfriarse el gas lo cual puede causar que la tubería se bloquee o corroa. Para evitar eso, los productores normalmente deshidratan el gas a una especificación de humedad de tubería entre 4 y 7 libras de agua por un millón de pies cúbicos al día (MMcf) de gas. Las curvas de desempeño de desecante muestran combina-ciones de temperatura y presión que causarán que el gas cumpla con las normasde humedad de las tuberías. El Cuadro 2, derivado de la tabla de contenido dehumedad del Apéndice A, muestra las combinaciones de temperatura y presión quedarán como resultado 7 libras de agua por un millón de pies cúbicos al día (MMcf)de gas en dos de los más comunes desecadores. La región sombreada encima de la línea de saturación del Cuadro 2 representa la “región segura de operación”para los deshidratadores de cloruro de calcio en donde el gas estará dentro o pordebajo de la especificación de humedad de tuberías. Los operadores usan estas

Cuadro 1: Esquema de un deshidratador desecante de cámara sencilla

Fuente: Van Air

Compuerta de relleno(Cierre roscado deabertura rápida)

Cople de ventanillade observación1 en PDF2 en OSD

Oreja de levantamiento

Salida

Cama de secado

Precama

Entrada

Manómetro

Rejilla de apoyo

Área de recolección

Cople de drenaje

Cople (opcional) para diafragma operado por pilotoSistema de vaciado

4

curvas para determinar la presión mínima de gas que se requiere para garantizar un contenido dado de humedad. En este ejemplo, una entrada de gas a 47°F que pasa a través de un deshidratante desecante de cloruro de calcio debe estar presurizada a por lo menos 450 psig para cumplir con las 7 libras de agua por MMcf estándar. Se muestran curvas para el cloruro de litio y de calcio, aunqueel cloruro de litio se usa raramente debido a su costo.

Relleno de desecantes y drenado de agua saladaConforme las tabletas desecantes absorben humedad del gas, la profundidad de las tabletas desecantes de la cama de secado lentamente se reduce. Algunos fabricantes colocan una “ventanilla de observación” (mirilla) en la cámara (vea elCuadro 1) al nivel mínimo desecante. Cuando la parte superior del desecante llega a la ventanilla de observación, el operador tiene que rellenar el desecante hasta elnivel máximo. Rellenar la cama de servicio es una operación manual que implicacambiar el flujo del gas a otra cámara de deshidratación, cerrar las válvulas para aislar la cámara “vacía”, ventilar la presión del gas a la atmósfera, abrir la compuertasuperior de llenado y verter las bolitas desecantes en la cámara. Esto requiere que eloperador vacíe una o más bolsas de sal de 30 a 50 libras a la cámara, dependiendodel diseño del deshidratador. Debido a que este procedimiento necesita realizarsemás frecuentemente entre mayor es la producción de gas, los deshidratadoresdesecantes generalmente se usan cuando el volumen de gas a secarse es de 5 MMcfd o menos.

El agua salada del área de reclamación algunas veces se drena manualmente (losdeshidratadores desecantes típicamente acumulan de 10 a 50 galones de agua salada a la semana). El drenaje a un estanque de evaporación se lleva a cabo mejordespués de que la cámara se despresuriza, mientras que el drenado a un tanque de agua producida puede hacerse antes de despresurizar la cámara; aprovechandola presión de gas para empujar el agua salada hacia el tanque. En ocasiones pocofrecuentes puede bombearse al agua salada a un camión tanque usando unabomba neumática tipo doble.

Cuadro 2: Curvas de desempeño de desecante al requisito máximo de contenido de humedad en tuberías (7 lb. de agua/MMscf)

5

El uso de deshidratadores desecantes como alternativa a los deshidratadores de glicol puede rendir importantes beneficios económicos y para el medio ambiente,incluyendo:

★ Costo reducido de capital—Los costos de capital de los deshidratadoresdesecantes son bajos en comparación a los costos de capital de losdeshidratadores de glicol. Los deshidratadores desecantes no usan bombas de circulación, controles neumáticos, calentadores de gas ni rehervidores/regeneradores encendidos.

★ Costos reducidos de operación y mantenimiento—Los deshidratadores deglicol queman una cantidad importante de gas producido para combustibleen un calentador de gas y un regenerador de glicol. Si la válvula de drenadode agua salada es automática, el único costo de operación y mantenimientopara un deshidratador desecante es para rellenar el desecante.

★ Emisiones mínimas de metano, de componentes orgánicos volátiles ycontaminantes peligrosos del aire—Los deshidratadores de glicol ventilancontinuamente gas a la atmósfera desde los dispositivos neumáticos y el ventilador del regenerador de trietilenglicol. Las únicas emisiones de gas delos deshidratadores desecantes ocurren durante la despresurización de lacámara desecante para el relleno de sal, típicamente un volumen de cámarapor semana. El agua salada se produce en pequeñas cantidades y absorbepoco hidrocarburo.

Los participantes pueden evaluar las ubicaciones potenciales y los aspectos económicos de reem-plazar los deshidratadores de glicolexistentes con deshidratadoresdesecantes usando los siguientescinco pasos.

Paso 1: Identificación de ubicaciones adecuadas. Losdeshidratadores desecantes son una elección económica bajo ciertas condiciones operativas. Su aplicabilidad sedetermina principalmente por la producción de gas y la temperatura y la presión del gas producido. Los deshidratadores desecantes funcionan mejor cuando el volumen a secarse es de 5 MMcfd o menor, y la humedad absorbida baja a lasespecificaciones de la tubería cuando la temperatura del gas de la cabeza de pozoestá baja y la presión está alta. Si la temperatura de entrada del gas es demasiadoalta, los desecantes forman hidratos que se precipitan de la solución y causan problemas de drenado de agua salada y apelmazamiento. Aunque es posible enfriar o comprimir el gas producido para poder usar los deshidratadores desecantes, estasmedidas aumentan la complejidad del sistema y por lo general son muy costosos.

En comparación, los deshidratadores de glicol son una mejor elección para los pozosde producción más elevados y funcionan mejor para gas a mayor temperatura y acualquier presión. Sin embargo, si la temperatura del gas producido es demasiadobaja para el proceso de trietilenglicol, los operadores necesitarán calentar el gasantes de que entre al deshidratador. Ya que calentar el gas requiere que se quememás producto como combustible, estas situaciones pueden ser buenas candidataspara los deshidratadores desecantes. El Cuadro 3 muestra qué sistema de secadode gas funciona mejor bajo distintas condiciones de operación.

Cinco pasos para evaluar un deshidratador desecante:

1. Identificación de ubicaciones adecuadas

2. Determinación de la capacidad deldeshidratador

3. Cálculo de los costos de capital y operación

4. Cálculo de los ahorros

5. Análisis de los aspectos económicos

Beneficioseconómicos ypara el medioambiente

Proceso dedecisión

6

Paso 2: Determinación de la capacidad del deshidratador. El primer paso parael cálculo del tamaño de un deshidratador desecante es determinar el contenido de humedad de entrada y salida del gas. Esto es necesario para calcular la cantidadde desecante necesario, y a partir de ello, el tamaño de la cámara. Los operadoresusan una gráfica de contenido de vapor de agua en el gas natural (el ejemplo semuestra en el Apéndice B), una tabla de contenido de humedad o un programamedidor como el Quick Size de Hanover Company, que se encuentra en<www.hanover-co.com/home/products/index.html>, para calcular el contenido delagua en la corriente de gas. Para este análisis, supondremos que el deshidratadorestá designado para manejar una corriente de gas de 1 MMscf/día a 47°F y 450psig. Para este panorama, usar cualquiera de estos métodos rendirá los mismosresultados, la corriente de gas natural contiene 21 libras de agua por MMcf.

Para poder cumplir con las especificaciones de humedad de la tubería de 7 libras por MMcf, eldesecante de cloruro de calcio debeextraer 14 libras de agua por MMcfde gas. Para un deshidratador de 1MMcfd, y usando la regla general deldistribuidor de que 1 libra de desecante extrae 3 libras de agua, se disolverán 4.7 libras de cloruro de calcio al día. El Cuadro 4 resume estos cálculos.

El paso siguiente es calcular el tamaño de la cámara. Los distribuidores suministrancámaras de deshidratadores desecantes en tamaños estándar, generalmenteespecificados por el diámetro exterior y la producción máxima de gas a varias presiones de operación, según se muestra en el Cuadro 6. Las dimensiones de la cama son fijas para lograr el contenido equilibrado de humedad del gas. Estoincluye un tamaño estándar de profundidad de la cama de servicio: 5 pulgadas para este distribuidor.

Los participantes pueden seleccionar el tamaño de la cámara desecante en latabla del distribuidor o calcular el tamaño usando las ecuaciones del Cuadro 5. En el ejemplo del deshidratador de 1 MMcfd, al usar el Cuadro 5 se obtiene unacámara con un diámetro interior de 16.2 pulg. (17 pulg. de diámetro exterioraproximadamente con un espesor de pared de 3/8 de pulg.). Para usar el Cuadro 6, siga la columna de 450 psig hacia abajo hasta la capacidad de producciónigual o mayor a la que se necesita; en este ejemplo es 1,344 Mcfd (1.344 MMcfd).Siguiendo esta hilera a la izquierda da un diámetro exterior de 20 pulgadas.

Regla general del distribuidor

Una libra de desecante extrae tres libras dehumedad del gas.

Cuadro 3: Condiciones óptimas de operación para las tecnologías de deshidratación

Baja temperatura (<70°F)

Alta temperatura (>70°F)

Presión baja (<100 psig)

Desecante/glicol1

Glicol

Presión alta (>100 psig)

Desecante

Glicol/desecante2

1 El gas quizás tenga que calentarse para usar un deshidratador de glicol, o comprimirse para usar undeshidratador desecante.

2 El gas quizás tenga que enfriarse para usar un deshidratador desecante.

7

Cuadro 4: Determinación del consumo diario de desecante

En donde:D = Consumo diario de desecante (lb/día)

F = Tasa de flujo de gas (MMcf/día)

I = Contenido de agua de entrada (lb/MMcf)

O = Contenido de agua de salida (lb/MMcf)

B = Proporción de desecante con respecto al agua (lb de desecante/ lb de agua)

Dada la siguiente información:F = 1 MMcf/día de gas producido a 47°F y 450 psig

I = 21 lb/MMcf

O = 7 lb/MMcf (requisito de humedad de la tubería)

B = 1 lb de desecante/ 3 lb de agua (regla general del distribuidor)

Calcule:D = F * (I-O) * B

= 1 * (21-7) * 1/3

= 4.7 lb desecante/día

Cuadro 5: Determinación del tamaño del deshidratador desecante

En donde:ID = Diámetro interior de la cámara desecante (pulg.)

D = Consumo diario de desecante (lb/día)

H = Altura de la cama de sal de servicio (pulg.)

T = Tiempo entre rellenos (días)

B = Densidad a granel (lb/pies3)

Dada la siguiente información:D = 4.7 lb/día (Cuadro 4)

H = 5 pulg. (regla general del distribuidor)

T = 7 días (a elección del operador)

B = 55 (lb/pies3) (datos del distribuidor)

Calcule:

ID = 12*

= 12*

= 16.2 pulg.

Seleccione un tamaño estándar de cámara en el Cuadro 6:• Seleccione el siguiente tamaño más grande que el ID = 20 pulg.

4*D*T*12

H*Π*B

4*4.7*7*12

5*Π*55

8

Cuadro 6: Costo y capacidad máxima de producción (Mcfd) de los deshidratadores desecantes

Diámetroexterno

(pulgadas)

10

12

16

20

24

30

36

Costo1,2

($)

2,850

3,775

5,865

6,500

8,895

12,850

17,034

100 Psig

95

132

214

311

481

760

1,196

200Psig

177

247

400

620

900

1,422

2,230

300Psig

260

362

587

909

1,319

2,085

3,270

350Psig

301

419

680

1,054

1,528

2,416

3,789

400Psig

342

476

773

1,199

1,738

2,747

4,308

450Psig

383

533

866

1,344

1,948

3,078

4,827

500Psig

424

590

959

1,489

2,158

3,409

5,346

1 El costo de capital es para los índices de presión de hasta 500 psig, incluyendo una cámara con apoyos decámara, válvulas, tubería, todos los accesorios y el relleno inicial de las tabletas desecantes de cloruro de calcio.

2 El costo del deshidratador incluye todos los accesorios: cámara, estructura de apoyo, válvulas y tubería.

Fuente: Van Air

Paso 3: Cálculo de los costos de capital y operación. El costo de capital para un deshidratador desecante de cámara sencilla adecuado para tasas de producciónde gas de 0.1 a 5 MMcf al día (incluyendo el relleno inicial de desecante) varía entre$3,000 y $17,000. Después de determinar el tamaño necesario de la cámara (Paso2), los participantes pueden usar el Cuadro 6 para determinar el costo de capital deun deshidratador desecante. Para el ejemplo que se ofrece en el Paso 2, el costode capital de un deshidratador desecante de cámara sencilla de 20 pulgadas es$6,500. Para un deshidratador de dos cámaras, el costo será $13,000.

Los costos de instalación generalmente fluctúan entre 50 y 75 por ciento del costodel equipo. Usando un factor de instalación de 75 por ciento del costo del equipo,el deshidratador desecante de cámara sencilla descrito anteriormente se instalaría a un costo de $4,875.00. El deshidratador de dos cámaras se instalaría a un costode $9,750.00.

El costo de operación para usar el deshidratador desecante incluye el costo delreemplazo de desecante y el desecho del agua salada. Debido a que las tabletasdesecantes se disuelven al recoger la humedad del gas, la cama de servicio de sal tendrá que rellenarse con regularidad. El agua salada que resulte también tieneque extraerse y tratarse o desecharse.

El Cuadro 7 muestra los cálculos de los costos de operación para el ejemplo de un deshidratador de 1 MMcfd. Dependiendo del distribuidor, el costo del cloruro

9

de calcio puede fluctuar de $0.65 a $1.20 por libra. Usando $1.20 por libra para elcosto del cloruro de calcio, el costo total para rellenar 4.7 libras al día (del Cuadro 4)es $2,059 por año. En el ejemplo del Cuadro 4, se produce muy poca agua saladaal extraer la humedad del gas para lograr la especificación deseada de humedad dela tubería (por ejemplo, 7 libras por MMcf): 4.7 libras al día de sal más las 14 librasde agua extraídas del gas, o 18.7 libras de agua salada al día, un poco más de 2 galones al día.

Cuadro 7: Determinación del costo de operación de un deshidratante desecante

En donde:TO = Costo total de operación ($/año)CD = Costo de desecante ($/año)CB = Costo de desecho del agua salada ($/año)I = Contenido de agua de entrada (lb/MMcf)O = Contenido de agua de salida (lb/MMcf)F = Tasa de flujo de gas (MMcf/día)P = Precio del desecante ($/libra)D = Consumo diario de desecante (lb/día)S = Densidad del agua CaCl2 (libras/bbl)BD = Costo de desecho del agua salada ($/bbl)LC = Costo de mano de obra ($)LT = Tiempo de mano de obra para que el operador rellene el desecante (hora)LR = Tasa de mano de obra del operador ($/hora)

Dada la siguiente información:

F = 1 MMcf/día de gas producido a 47°F y 450 psigP = $1.20/libra de cloruro de calcio (datos del distribuidor)D = 4.7 lb desecante/día (Cuadro 4)S = 490 lb/bblBD = $1.00/bbl1

LT = 1 hora/semanaLR = $30/hora

Calcule:

CD = D*P*365 días/año= 4.7*1.2*365= $2,059/año

CB =

=

= $14/año

LC = LT*LR*52 semanas/año= 1*30*52= $1,560/año

TO = CD+CB+LC= $2,059+$14+$1,560= $3,633/año

[((I-O)*F)+D]*BD*365 días/año

S[((21-7)*1)+4.7 ]*1.0 *365

490

1 GRI Atlas de agua producida en relación al gas en 1990, mayo 1995.

10

Cuadro 8: Gas ventilado del deshidratador de glicol

En donde:GV = Cantidad de gas ventilado anualmente (Mcf/año)

F = Tasa de flujo de gas (MMcf/día)

W = Contenido de agua de entrada-salida (lb/MMcf)

R = Proporción de glicol por agua (gal/lb)1

OC = Porcentaje de circulación excesiva

G = Tasa de arrastre de metano (pies3/gal)1

Dada la siguiente información:F = 1 MMcfd de gas a 47°F y 450 psig

W = 21 - 7 = 14 lb agua/MMcf (Cuadro 4)

R = 3 gal/lb (regla general)1

G = 3 pies3/gal para las bombas de intercambio de energía (regla general)1

OC = 150%

Calcule:

GV =

=

= 69 Mcf/año

(F*W*R*OC*G*365días/año)

1,000cf /Mcf

1 De las Lecciones Aprendidas de EPA: Optimización de la circulación de glicol e instalación de depósitosseparadores de líquido en los deshidratadores de glicol (Optimize Glycol Circulation and Install Flash Tank Separators in Glycol Dehydrators).

(1*14*3*1.5*3*365)

1,000

Paso 4: Cálculo de los ahorros. Reemplazar un deshidratador de glicol con undeshidratador desecante ahorra gas y reduce considerablemente los costos deoperación y mantenimiento.

Determinación de los ahorrosnetos de gasLa cantidad de gas ahorrada puede determinarse comparando las emisiones y el uso de gas deldeshidratador de glicol existente con el gas que se ventila de undeshidratador desecante. Los participantes pueden determinar los ahorros de gas determinando los siguientes cinco factores.

★ Cálculo del gas ventilado del deshidratador de glicol—La cantidad de gas ventilado del regenerador/rehervidor de glicol es igual al gas arrastrado entrietilenglicol. Para determinar esto, los participantes necesitarán conocer latasa de flujo de gas, el contenido de agua de entrada y salida, la proporciónde glicol en comparación con el agua, el porcentaje de la circulación excesivay la tasa de arrastre de metano. El Cuadro 8 demuestra este cálculo para el

Determine los ahorros netos de gas:

Añada los ahorros de la eliminación de:

• El gas ventilado del deshidratador de glicol.• El gas ventilado de los controladores

neumáticos.• El gas quemado como combustible en el

rehervidor de glicol.• El gas quemado como combustible en un

calentador de gas.Reste:

• El gas ventilado del deshidratador desecante.

11

ejemplo del deshidratador de 1 MMcfd. En este ejemplo, se supone que hayuna bomba de intercambio de energía sin depósito separador de líquido. Uso de reglas generales de las Lecciones Aprendidas de EPA: Optimización de la circulación de glicol e instalación de depósitos separadores de líquido en los deshidratadores de glicol (Optimize Glycol Circulation and Install Flash TankSeparators in Glycol Dehydrators), se calculan las emisiones de gas de metanode 69 Mcf al año.

★ Cálculo del gas ventilado de los controladores neumáticos—Los contro-ladores neumáticos se usan comúnmente para vigilar y regular los flujos degas y líquido, la temperatura y la presión de las unidades deshidratadoras deglicol. Específicamente, los controladores regulan los flujos de gas y líquido enlos deshidratadores y los separadores, la temperatura en los regeneradoresdeshidratadores y la presión en los depósitos de líquidos (cuando se usan). En este ejemplo, la unidad deshidratadora de glicol con calentador de gas se considera que tiene cuatro controladores neumáticos de exudación; loscontroladores de nivel en el contactor y el rehervidor y los controladores de temperatura en el rehervidor y el calentador de gas. No tiene que ser undepósito separador de líquido. También se supone que todos los dispositivosneumáticos son dispositivos de alta exudación (por ejemplo, exudan más de 50 Mcf de gas al año durante la operación). Con base en el estudio deGRI/EPA, Methane Emissions >From the Natural Gas Industry, Volume12–Pnuematic Devices (Emisiones de metano de la industria del gas natural,volumen 12 - Dispositivos neumáticos) el factor de emisiones anuales de undispositivo neumático de exudado se calcula en 126 Mcf al año. Por lo tanto,los cuatro dispositivos neumáticos contribuirán anualmente con 504 Mcf de emisiones de metano. El Cuadro 9 resume este ejemplo.

★ Cálculo del gas quemado como combustible en rehervidores de glicol—El deshidratador de glicol usa gas natural en el rehervidor/regenerador paraconsumir el agua del glicol rico. Suponiendo que el calor del rehervidor sea de 1,124 Btu por galón de trietilenglicol, el gas usado por el rehervidor seráde 17 Mcf al año. El Cuadro 10 resume estos cálculos.

Cuadro 9: Gas ventilado de los controladores neumáticos

En donde:GB = Exudación de gas (Mcf/año)

EF = Factor de emisión (Mcf de exudación de gas natural/ dispositivo neumático por año)1

PD = Número de dispositivos neumáticos

Dada la siguiente información:EF = 126 Mcf/dispositivo/año

PD = 4 dispositivos neumáticos/ deshidratadores de glicol

Calcule:GB = EF*PD

= 126* 4

= 504 Mcf/año

1 Estudio de GRI/EPA, Methane Emissions from the Natural Gas Industry [Emisiones de metano de la industria del gas natural], Volumen 12.

12

★ Cálculo del gas quemado como combustible en un calentador de gas—El trietilenglicol (TEG) no funciona bien en gas a temperatura baja. Por estarazón, el gas generalmente se calienta antes de entrar a la unidad deshidrata-dora. El gas natural se usa como combustible para el calentador de gas. Lacantidad de gas combustible usado para calentar 1 MMcfd de gas producidode 47°F a (supuesto) 90°F es 483 Mcf al año. El Cuadro 11 muestra estoscálculos.

★ Cálculo de la pérdida de gas del deshidratador desecante—La pérdidade gas del deshidratador desecante se determina calculando la cantidad degas que se ventila de la cámara cada vez que se despresuriza para realizar el proceso de relleno. Para determinar el volumen de gas ventilado, los partic-ipantes tendrán que determinar el volumen de la cámara del deshidratador yqué porcentaje de este volumen está ocupado por el gas. La cámara de 20 pulgadas de diámetro exterior del Cuadro 6 tendrá un diámetro interior aproximado de 19.25 pulgadas (suponiendo un espesor de pared de 3/8 pulgadas). La cámara tiene una longitud general de 76.75 pulgadas con el 45 por ciento de su volumen lleno de gas. Usando la Ley de Bolye, la cantidad de gas ventilado a la atmósfera durante la despresurización de la cámara es de 10 Mcf al año. El Cuadro 12 resume estos cálculos.

Cuadro 10: Gas quemado como combustible en el rehervidor de glicol

En donde:FGR = Gas combustible para el rehervidor (Mcf/año)

F = Tasa de flujo de gas (MMcfd)

W = Contenido de agua de entrada-salida (lb/MMcf)

Qr = Servicio de calor del rehervidor (Btu/gal de trietilenglicol [TEG])1

Hv = Valor de calentamiento del gas natural (Btu/scf)2

R = Proporción de glicol por agua (gal de TEG/lb de agua)3

Dada la siguiente información:F = 1 MMcfd

W = 21 - 7 = 14 lb agua/MMcf

Qr = 1,124 Btu/gal de TEG

Hv = 1,027 Btu/scf

R = 3 gal TEG/lb de agua extraída

Calcule:

FGR =

=

= 17 Mcf/año

(F*W *Qr*R*365días/año)

Hv*1,000cf /Mcf

1 Se basa en el cálculo del Libro de Datos de Ingeniería, Volumen II, 11ª edición, Gas Processors SupplyAssociation (Asociación de Proveedores Procesadores de Gas), 1998, Sección 20 – Deshidratación.

2 Energy Information Administration (EIA), Monthy Engineering Review, Tabla A4.3 De las Lecciones Aprendidas de EPA: Optimización de la circulación de glicol e instalación de los depósitos separadores de líquido en los deshidratadores de glicol. (Optimize Glycol Circulation and Install Flash Tank Separators in Glycol Dehydrators).

(1*14*1,124*3*365)

1,027*1,000

13

★ Cálculo de los ahorros totales de gas—Los ahorros totales de gas es eltotal de emisiones que se evitaron y el uso del gas del deshidratador de glicolmenos la pérdida de gas de la ventilación del deshidratador desecante cuandose reemplaza el desecante. En este ejemplo, el ahorro total de gas es 1,063Mcf al año. Usando un precio de gas de $3.00 por Mcf, el valor del gas que se ahorra es $3,189 al año. El gas natural contiene 90 por ciento de metano.Por lo tanto, el total del ahorro de las emisiones de metano es el 90 por ciento de la diferencia entre el gas emitido por el deshidratador de glicol y sus controladores neumáticos (Cuadros 8 y 9 respectivamente), y el deshidratadordesecante (Cuadro 12); en este caso fue 507 Mcf al año. El Cuadro 13 resumeeste ejemplo.

Cuadro 11: Cantidad de gas combustible que se usa para calentar el gas

En donde:FGH = Gas combustible usado en el calentador (Mcf/año)

Hv = Valor de calentamiento del gas natural (Btu/scf)

Cv = Calor específico del gas natural (Btu/lb°F)

D = Densidad del gas natural (lb/cf)

ΔT = (T2 - T1) cambio en la temperatura (F°)

F = Tasa de flujo de gas (MMcf/d)

E = Eficiencia

Dada la siguiente información:Hv = 1,027 Btu/cf

Cv = 0.441 Btu/lbºF

D = 0.0502 lb/cf

ΔT = 43 Fº (90 - 47) Fº

F = 1 MMcf/d

E = 70%

Calcule:

FGH =

=

= 483 Mcf/año

(F *D*Cv*ΔT*365 días/año*1,000Mcf /MMcf )

(Hv*E )

(1*0.0502*0.441*43*365*1,000)

(1,027*0.7)

14

Cuadro 12: Pérdida de gas del deshidratador desecante

En donde:GLD = Pérdida de gas del deshidratador desecante (scf/año)

H = Altura de la cámara del deshidratador (pies)

D = Diámetro interior de la cámara (pies)

P1 = Presión atmosférica (psia)

P2 = Presión del gas (psig)

Π = pi

%G = Por ciento del volumen empacado de la cámara que es gas

T = Tiempo entre rellenos (días)

Dada la siguiente información:H = 76.75 pulg. (6.40 pies)1

D = 19.25 pulg. (1.6 pies)

P1 = 14.7 psia

P2 = 450 psig + 14.7 (464.7 psig)

Π = 3.14

%G = 45% (regla general del distribuidor)1

T = 7 días

Calcule:

GLD =

=

= 10 Mcf/año

1 Se basa en datos de productos provistos por Van Air.

(H *D 2*Π*P2*%G*365días/año)

(4*P1*T*1,000cf /Mcf )

(6.4*1.6 2*3.14*464.7*0.45*365)

(4*14.7*7*1,000)

Cuadro 13: Ahorro total de gas

Calcule:TGS = Ahorros totales de gas (Mcf/año)

= Cuadro 8 + Cuadro 9 + Cuadro 10 + Cuadro 11 - Cuadro 12

= 69 + 504 + 17 + 483 - 10

= 1,063 Mcf/año

Ahorros = 1,063 Mcf/año * $3/Mcf

= $3,189/año

Reducción de emisiones de metano

TMER = Reducción total de emisiones de metano

TMER = 90% * (Cuadro 8 + Cuadro 9 - Cuadro 12)

= 0.9 * (69 + 504 - 10)

= 507 Mcf/año

15

Determinación de los ahorros de las operaciones y el mantenimientoOtros ahorros incluyen la diferencia entre el costo de operación y mantenimiento(costo de mano de obra) de un deshidratador desecante y un deshidratador de glicol.

El costo de operación de un deshidratador desecante incluye el costo de relleno de desecante, el desecho del agua salada y los costos de mano de obra. Ya que eldeshidratador desecante no tiene partes móviles y no requiere energía para funcionar,los costos de mantenimiento son insignificantes. El costo de relleno y desecho deagua salada calculado anteriormente en el Cuadro 7 es de $2,059 y $14 al año,respectivamente. Los costos de mano de obra suponen una hora a la semana paraque el operador rellene el deshidratador desecante. A $30 por hora, esto costaríaaproximadamente $1,560 al año.

El costo de operación del deshidratador de glicol incluye llenar el colector de glicolpara mantener los niveles de glicol. El mantenimiento y la mano de obra incluyen la inspección y la limpieza de los sistemas mecánicos, la reparación regular de labomba de circulación y los controles mecánicos, y una vez al año la limpieza de los tubos de incineración del rehervidor y el calentador de gas. El costo de glicol es$4.50 por galón, y generalmente la tasa de producción es de 0.1 galones por MMcfde gas procesado. Para este ejemplo, esto viene siendo aproximadamente 37galones de glicol al año, o $167 al año. El costo de mano de obra supone que losoperadores pasan un promedio de dos horas a la semana dando mantenimiento yreparación a la unidad. A $30 por hora, esto costaría aproximadamente $3,120 alaño. Las piezas de repuesto se calculan a la mitad del costo de mano de obra, o$1,560 al año. Basándose en esto, el costo total de operación, mantenimiento ymano de obra en nuestro ejemplo del sistema de deshidratador de glicol es de$4,847 al año.

Paso 5: Análisis de los aspectos económicos. El paso final es comparar el costo de implementación y de operación y mantenimiento anual de cada opción y el valor del gas ahorrado o usado/perdido por cada unidad. El Cuadro 14 ofrece una comparación de los costos de implementación y operación y mantenimiento deun deshidratador desecante y un deshidratador de glicol (deshidratando 1 MMcfdde gas natural a una presión de 450 psig y una temperatura de 47°F). El Cuadro 15 compara la cantidad y el valor del gas usado y perdido en cada sistema.

El Cuadro 16 muestra los ahorros que puede esperar tener un participante deNatural Gas STAR durante un período de 5 años si reemplaza el deshidratador de glicol existente de 1 MMcfd a 450 psig y gas a 47°F por un deshidratador desecante.

16

Cuadro 15: Uso/pérdida de gas y comparación del valor

1 MMcfd de gas natural operando a 450 psig y 47°F

Tipo de pérdida/uso Desecante GlicolMcf/año $/año1 Mcf/año $/año1

Uso de gas

Combustible (Cuadros 10 y 11) — — 500 1,500

Pérdida de gas

Dispositivos neumáticos (Cuadro 9) — — 504 1,512Ventilas (Cuadros 8 y 12) 10 30 69 207

Total: 10 30 1,073 3,219

Emisiones de metano2: 10 — 507 —

1 El precio del gas está basado en $3/Mcf.2 Los valores son del Cuadro 12 y el Cuadro 13.

Cuadro 14: Comparación de costo de un deshidratante desecante y un deshidratador de glicol

1 MMcfd de gas natural operando a 450 psig y 47°F

Tipo de costo y ahorro Desecante Glicol($/año) ($/año)

Costos de implementación

Costos de capital

Desecante1 (incluye el relleno inicial) 13,000

Glicol 20,000

Otros costos (instalación e ingeniería)2 9,750 15,000

Costos totales de implementación: 22,750 35,000

Costos anuales de operación y mantenimiento

Desecante

Costo de relleno de desecante3 ($1.20/lb) 2,059

Costo de desecho de agua salada3 14

Costo de mano de obra4 1,560

Glicol

Costo de relleno de glicol4 ($4.50/gal) 167

Costo de materiales y mano de obra4 4,680

Costos anuales totales de operación y mantenimiento: 3,633 4,847

1 Se basa en dos cámaras desecantes usadas alternadamente. Vea el Cuadro 5.2 Costos de instalación supuestos al 75% del costo del equipo.3 Los valores son del Cuadro 7.4 Vea el Paso 4, Cálculo de ahorros.

17

Los deshidratadores desecantes pueden reducir económicamente las emisiones de metano de la deshidratación de gas. La experiencia de los participantes ofrecelas siguientes lecciones aprendidas:

★ Los deshidratadores desecantes pueden ofrecer beneficios económicos importantes, como un aumento de la eficiencia operativa y una reducción decapital y costos de mantenimiento para el gas de flujo lento a presiones másaltas y condiciones de temperatura más bajas.

★ Los costos de preparación (reemplazo) del desecante son levemente más altos que el glicol debido a que el desecante se disuelve en agua y debe reemplazarse con regularidad, mientras que el glicol se recircula.

★ Los deshidratadores desecantes son un método eficaz para la eliminación de emisiones de metano, componentes orgánicos volátiles y contaminantespeligrosos del aire.

★ Incluir la reducción de emisiones de metano que pueden atribuirse al reemplazo de los deshidratadores de glicol por deshidratadores desecantes en los informes anuales del Programa de Natural Gas STAR.

Nota: La información de costo provista en este documento se basa en cálculos paraEstados Unidos. Los costos de equipo, mano de obra y el valor del gas variarándependiendo del lugar, y podrían ser mayores o menores que en los EstadosUnidos. La información sobre costo presentada en este documento solamente debeusarse como guía al determinar si las tecnologías y las prácticas son convenienteseconómicamente para sus operaciones.

Cuadro 16: Aspectos económicos del reemplazo de un sistema de deshidratador de glicol por un sistema de deshidratador

desecante con dos cámaras

Tipos de costos y ahorros1

Costos de capital

Costos de operación y mantenimiento quese evitaron

Costos de operación y mantenimiento -Desecante ($/año)

Valor del gas ahorrado

Valor excedente del equipo

Total ($)

Año 0($/año)

(22,750)

10,0002

(12,750)

1 Los valores de todos los costos se obtienen en los Cuadros 14 y 15. El precio del gas se supone que es $3/Mcf.

2 Se basa en el 50% del costo de capital del deshidratador de glicol.3 El NPV se calcula de acuerdo con 10% de descuento durante 5 años.4 El IRR se calcula en base a 5 años.

Año 1($/año)

4,847

(3,633)

3,219

4,433

Año 2($/año)

4,847

(3,633)

3,219

4,433

Año 3($/año)

4,847

(3,633)

3,219

4,433

Año 4($/año)

4,847

(3,633)

3,219

4,433

Año 5($/año)

4,847

(3,633)

3,219

4,433

NPV (Valor neto presente)3 = $3,137IRR (Tasa interna de rendimiento)4 = 21%

Período de recuperación de la inversión (años) = 2.9

Leccionesaprendidas

18

Acor, Lori G. y David Mirdadian. Benefits of Using Deliquescing Desic-cants for Gas Dehydration. Society of Petroleum Engineers (SPE82138), 2003.

Bowman, Bob. Benefits of Using Deliquescing Desiccants for Gas Dehydration.Society of Petroleum Engineers (SPE 60170), 2000.

Dow Chemical Company, materials impresos del producto. Gas Dehydration withPELADOW DG Calcium Chloride.

Energy Information Administration. Monthly Energy Review, 2002, Tabla A4.

Eskrigge, Charles. Air and Vacuum Process Inc. (Van Air), contacto personal.

Gas Processors Supply Association. Engineering Data Book, Volumen II, 11th edición, 1998, Seción 20-Deshidratación.

Gas Research Institute. Atlas of Gas-Related Produced Water for 1990. (GRI-95/0016, mayo 1995).

Gas Research Institute. Methane Emissions From the Natural Gas Industry, 1996,Volumen 12 (GRI-94/0257.29). Junio de 1996.

Murray, Curt. Practical Methods of Drying Natural Gas. Pride of the Hills MFG., Inc.

Murray, Curt. Pride of the Hills Mfg., Inc., contacto personal.

Smith, Reid. BP, contacto personal.

The Hanover Compressor Company. contacto personal.

Tingley, Kevin. U.S. EPA Natural Gas STAR Program, contacto personal.

Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos. LeccionesAprendidas: Optimización de la circulación de glicol e instalación de los depósitosseparadores de líquido en los deshidratadores de glicol (Optimize Glycol Circulationand Install Flash Tank Separators in Glycol Dehydrators). (EPA430-B-03-013, mayo de 2003).

Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos. LeccionesAprendidas: Reemplazo de bombas de glicol auxiliadas con gas por bombas eléctricas (Replacing Gas—Assisted Glycol Pumps with Electric Pumps).(EPA430-B-03-014, mayo de 2003).

Vavro, Matthew E. Minimizing Natural Gas Dehydration Costs with Proper Selectionof Dry Bed Desiccants and New Dryer Technology. Society of Petroleum Engineers(SPE37348), 1996.

Zavadil, Duane. Williams Production, contacto personal.

Referencias

19

Contenido de humedad de gas natural en equilibrio con desecantes (lb de agua/MMcf de gas natural)

Fuente: Van Air

Apéndice A

Tabletas tipo desecante de sales delicuescentes de cloruro de calcio

Tabletas tipo desecante de sales delicuescentes de cloruro de litio

20

Contenido de vapor de agua del gas natural cuando está saturado

Fuente: Smith Industries, Inc., Houston, Texas

Apéndice B

CONTENIDO DE VAPOR DE AGUA DELGAS NATURAL CUANDO ESTÁ SATURADO

CONT

ENID

O DE

AGU

A LB

S/M

MCF

@ 1

4.7

PSIA

& 6

0°F

TEMPERATURA, °F

21

22

23

Agencia de Protección del MedioAmbiente de los Estados UnidosAire y Radiación (6202J)1200 Pennsylvania Ave., NWWashington, DC 20460

EPA430-B-03-016SNoviembre de 2003